Geert Woerlee, natuurkundig ingenieur, weet nu vrijwel alles van een buitenmodel koffiezetter. In Nederland is hij daarmee één van de weinigen.
Afgelopen maandag promoveerde hij op zijn onderzoek naar superkritische scheidingsmethoden.
Koffiezetten is een alledaagse vorm van extractie. Het hete water sleurt geur- en smaakstoffen uit de gemalen bonen, wat uiteindelijk het cafeïne-rijke drankje oplevert. Woerlee legt zijn onderzoekswerk ook altijd uit aan de hand van dit voorbeeld. Zijn werkelijke studieobject is echter de scheidingskolom, een superfilter waarmee in een continuproces stoffen gezuiverd worden. Maar de vergelijking gaat tot op grote hoogte op.
,,Een scheidingskolom is eigenlijk een luxe koffiezetter”, licht Woerlee toe, die zijn promotieonderzoek uitvoerde bij de sectie apparatenbouw van de faculteit Werktuigbouwkunde. ,,Het drab is het residu dat na scheiding overblijft, en de koffie het extract dat je wilt hebben. Door de bonen te malen vergroot je het contactoppervlak, en je hebt ook te maken met procescondities als druk en temperatuur. Voor cappucino heb je bijvoorbeeld overdruk nodig.”
In de voedings- en genotsmiddelenindustrie wordt vloeistofscheiding vaak toegepast om ongewenste stofjes uit producten te halen. Dit gebeurt onder meer bij light-sigaretten, maar cafeïne-vrije koffie is wel het bekendste voorbeeld. Door koffiebonen met methyleen-chloride te behandelen, lost de cafeïne op en kan het eenvoudig worden verwijderd. Voor de extractie van geur- en smaakstoffen is wel altijd een oplosmiddel nodig, en bij voedingsmiddelen valt er dan weinig te kiezen.
Verdacht
,,Je bent in feite beperkt tot stikstof, water en koolstofdioxide”, weet Woerlee. Er worden nu ook andere oplosmiddelen gebruikt, maar daar wordt volgens hem steeds bedenkelijker bij gefronst. ,,Om margarine te maken wordt kokosvet behandeld met hexaan, een vluchtige koolwaterstof. Dat lost de vetten op, en wordt er later weer vanaf gedampt. Je houdt dan een vat kleur- en smaakloze olie over, waarvan weer margarine wordt gemaakt. Maar hexaan zit wel in de verdachte hoek.”
Terecht of niet, de margarineproducenten zijn naarstig op zoek naar alternatieven. De consument eist dat producten op ‘groene wijze’ geproduceerd zijn, en hexaan klinkt nogal eng. Koolstofdioxide, berucht als broeikasgas maar verder ongevaarlijk, werpt zich nu op als milieuvriendelijke oplossing. Onder hoge druk en bij de juiste temperatuur wordt het gas namelijk superkritisch: de damptoestand verdwijnt, en de vloeibare koolstofdioxide blijkt dan uitstekend te werken als oplosmiddel.
Dit superkritische scheidingsproces is al ruim honderd jaar bekend, maar raakte door gebrek aan toepassingen enigszins in het verdomhoekje. Woerlee besteedde in zijn onderzoek daarom veel aandacht aan de praktische kant van de zaak. ,,Aan een scheidingskolom kun je veel optimaliseren”, benadrukt Woerlee. ,,Bovendien bepaalt zo’n kolom de totale kosten van een scheidingsinstallatie, en daar was tot nu toe nog weinig over bekend.”
Een superkritische scheidingsinstallatie kost ettelijke miljoenen guldens. Dat kan aardig in de papieren lopen, want in de procesindustrie worden vaak meerdere installaties tegelijk gebruikt. Woerlee meent echter dat hij de eindprijs nuredelijk kan voorspellen. De crux zit aan de binnenkant van de scheidingskolom.
Beschuiten
In deze buis huist de pakking, een stapel dikke beschuiten van ribbelplaat, waarop de te zuiveren stof en het koolstofdioxide elkaar ontmoeten. ,,Je zou het niet zeggen, maar een scheidingskolom bevat ongeveer 250 vierkante meter plaatoppervlak per kuub”, vertelt hij. ,,En de pakking dicteert de grootte van de kolom. Hoe kleiner die is, hoe lager de kapitaalinvestering.”
Woerlee schat de kosten van een installatie uit de onderlinge hoek van de ribbels, en het oppervlak van pakking. Die bepalen de capaciteit van de kolom, en dus ook het stelsel van drukvaten, leidingen en warmtewisselaars eromheen. ,,Het is nog een beetje speculatief”, geeft hij toe. ,,Maar al bespaar je hierdoor slechts vijfhonderdduizend gulden per installatie, dan is het natuurlijk nog interessant.”
De procesindustrie heeft Woerlee al gevonden, en hij is vastbesloten zijn kennis in klinkende munt om te zetten. Na zijn promotie gaat Woerlee dan ook verder als zelfstandig consultant. Inmiddels kan hij Akzo, Hoechst en Novem tot zijn klantenkring rekenen. ,,Ik ben in Nederland monopolist op het gebied van de superkritische scheiding”, stelt hij vast. ,,Het verschil tussen een werkend proces en een dat het niet doet, zit in de details. Die leer je alleen in de praktijk. Ik heb de know how om zo’n proces te ontwerpen.”
Amoebe
Dat sluit mooi aan bij zijn visie op het wetenschapbedrijf, dat volgens hem meer naar buiten moet treden. Woerlee: ,,De wetenschap is een amoebe die groeit in de richting van haar eigen interesses. Bedrijven stoten echter steeds meer onderzoek af.” En daar mogen de wetenschappers volgen hem best meer op ingespelen. ,,Want dat betekent niet dat ze geen nieuwe ideeën meer nodig hebben. Even een nerd zoals ik op te leiden kost echter teveel geld. Ze huren liever iemand die het trucje al kent.”
Tijdens zijn onderzoek bedacht Woerlee en passant ook een betere geometrie voor de pakking, en inmiddels is hij daarover in gesprek met fabrikanten. ,,Door de ribbels hoger te maken heb je minder platen nodig. Dat levert een lagere drukval in de kolom op, zodat je een hogere capaciteit krijgt. Ik probeer dit idee nu te verkopen, een beetje uitvindertje te spelen. Daar ben je toch ingenieur voor.”
Daarnaast blijft hij als post-doc aan de TU verbonden om zijn kennis over superkritische scheiding over te dragen. Het contact met studenten is hem kennelijk goed bevallen. ,,Aan dit project hebben zeventien studenten meegewerkt, en hun begeleiding was wel één van de leukste dingen van het onderzoek. Het is immers hun eerste zelfstandige opdracht, met alle problemen vandien.” Een goede voorbereiding op de boze buitenwereld, meent Woerlee. ,,In het bedrijfsleven zeggen ze ook: dit is het probleem, zoek het maar uit.”
Geert Woerlee, natuurkundig ingenieur, weet nu vrijwel alles van een buitenmodel koffiezetter. In Nederland is hij daarmee één van de weinigen. Afgelopen maandag promoveerde hij op zijn onderzoek naar superkritische scheidingsmethoden.
Koffiezetten is een alledaagse vorm van extractie. Het hete water sleurt geur- en smaakstoffen uit de gemalen bonen, wat uiteindelijk het cafeïne-rijke drankje oplevert. Woerlee legt zijn onderzoekswerk ook altijd uit aan de hand van dit voorbeeld. Zijn werkelijke studieobject is echter de scheidingskolom, een superfilter waarmee in een continuproces stoffen gezuiverd worden. Maar de vergelijking gaat tot op grote hoogte op.
,,Een scheidingskolom is eigenlijk een luxe koffiezetter”, licht Woerlee toe, die zijn promotieonderzoek uitvoerde bij de sectie apparatenbouw van de faculteit Werktuigbouwkunde. ,,Het drab is het residu dat na scheiding overblijft, en de koffie het extract dat je wilt hebben. Door de bonen te malen vergroot je het contactoppervlak, en je hebt ook te maken met procescondities als druk en temperatuur. Voor cappucino heb je bijvoorbeeld overdruk nodig.”
In de voedings- en genotsmiddelenindustrie wordt vloeistofscheiding vaak toegepast om ongewenste stofjes uit producten te halen. Dit gebeurt onder meer bij light-sigaretten, maar cafeïne-vrije koffie is wel het bekendste voorbeeld. Door koffiebonen met methyleen-chloride te behandelen, lost de cafeïne op en kan het eenvoudig worden verwijderd. Voor de extractie van geur- en smaakstoffen is wel altijd een oplosmiddel nodig, en bij voedingsmiddelen valt er dan weinig te kiezen.
Verdacht
,,Je bent in feite beperkt tot stikstof, water en koolstofdioxide”, weet Woerlee. Er worden nu ook andere oplosmiddelen gebruikt, maar daar wordt volgens hem steeds bedenkelijker bij gefronst. ,,Om margarine te maken wordt kokosvet behandeld met hexaan, een vluchtige koolwaterstof. Dat lost de vetten op, en wordt er later weer vanaf gedampt. Je houdt dan een vat kleur- en smaakloze olie over, waarvan weer margarine wordt gemaakt. Maar hexaan zit wel in de verdachte hoek.”
Terecht of niet, de margarineproducenten zijn naarstig op zoek naar alternatieven. De consument eist dat producten op ‘groene wijze’ geproduceerd zijn, en hexaan klinkt nogal eng. Koolstofdioxide, berucht als broeikasgas maar verder ongevaarlijk, werpt zich nu op als milieuvriendelijke oplossing. Onder hoge druk en bij de juiste temperatuur wordt het gas namelijk superkritisch: de damptoestand verdwijnt, en de vloeibare koolstofdioxide blijkt dan uitstekend te werken als oplosmiddel.
Dit superkritische scheidingsproces is al ruim honderd jaar bekend, maar raakte door gebrek aan toepassingen enigszins in het verdomhoekje. Woerlee besteedde in zijn onderzoek daarom veel aandacht aan de praktische kant van de zaak. ,,Aan een scheidingskolom kun je veel optimaliseren”, benadrukt Woerlee. ,,Bovendien bepaalt zo’n kolom de totale kosten van een scheidingsinstallatie, en daar was tot nu toe nog weinig over bekend.”
Een superkritische scheidingsinstallatie kost ettelijke miljoenen guldens. Dat kan aardig in de papieren lopen, want in de procesindustrie worden vaak meerdere installaties tegelijk gebruikt. Woerlee meent echter dat hij de eindprijs nuredelijk kan voorspellen. De crux zit aan de binnenkant van de scheidingskolom.
Beschuiten
In deze buis huist de pakking, een stapel dikke beschuiten van ribbelplaat, waarop de te zuiveren stof en het koolstofdioxide elkaar ontmoeten. ,,Je zou het niet zeggen, maar een scheidingskolom bevat ongeveer 250 vierkante meter plaatoppervlak per kuub”, vertelt hij. ,,En de pakking dicteert de grootte van de kolom. Hoe kleiner die is, hoe lager de kapitaalinvestering.”
Woerlee schat de kosten van een installatie uit de onderlinge hoek van de ribbels, en het oppervlak van pakking. Die bepalen de capaciteit van de kolom, en dus ook het stelsel van drukvaten, leidingen en warmtewisselaars eromheen. ,,Het is nog een beetje speculatief”, geeft hij toe. ,,Maar al bespaar je hierdoor slechts vijfhonderdduizend gulden per installatie, dan is het natuurlijk nog interessant.”
De procesindustrie heeft Woerlee al gevonden, en hij is vastbesloten zijn kennis in klinkende munt om te zetten. Na zijn promotie gaat Woerlee dan ook verder als zelfstandig consultant. Inmiddels kan hij Akzo, Hoechst en Novem tot zijn klantenkring rekenen. ,,Ik ben in Nederland monopolist op het gebied van de superkritische scheiding”, stelt hij vast. ,,Het verschil tussen een werkend proces en een dat het niet doet, zit in de details. Die leer je alleen in de praktijk. Ik heb de know how om zo’n proces te ontwerpen.”
Amoebe
Dat sluit mooi aan bij zijn visie op het wetenschapbedrijf, dat volgens hem meer naar buiten moet treden. Woerlee: ,,De wetenschap is een amoebe die groeit in de richting van haar eigen interesses. Bedrijven stoten echter steeds meer onderzoek af.” En daar mogen de wetenschappers volgen hem best meer op ingespelen. ,,Want dat betekent niet dat ze geen nieuwe ideeën meer nodig hebben. Even een nerd zoals ik op te leiden kost echter teveel geld. Ze huren liever iemand die het trucje al kent.”
Tijdens zijn onderzoek bedacht Woerlee en passant ook een betere geometrie voor de pakking, en inmiddels is hij daarover in gesprek met fabrikanten. ,,Door de ribbels hoger te maken heb je minder platen nodig. Dat levert een lagere drukval in de kolom op, zodat je een hogere capaciteit krijgt. Ik probeer dit idee nu te verkopen, een beetje uitvindertje te spelen. Daar ben je toch ingenieur voor.”
Daarnaast blijft hij als post-doc aan de TU verbonden om zijn kennis over superkritische scheiding over te dragen. Het contact met studenten is hem kennelijk goed bevallen. ,,Aan dit project hebben zeventien studenten meegewerkt, en hun begeleiding was wel één van de leukste dingen van het onderzoek. Het is immers hun eerste zelfstandige opdracht, met alle problemen vandien.” Een goede voorbereiding op de boze buitenwereld, meent Woerlee. ,,In het bedrijfsleven zeggen ze ook: dit is het probleem, zoek het maar uit.”
Comments are closed.